Полупроводниковые запоминающие устройства на основе МДП- транзисторов. - презентация

1 Полупроводниковые запоминающие устройства на основе МДП- транзисторов

2 Конструкция МДП транзистора Полевой транзистор - полупроводниковый прибор, в котором управление током, протекающим между двумя электродами, достигается с помощью напряжения, приложенного к третьему. Электроды, между которыми протекает рабочий ток, носят название истока и стока. Третий электрод называется затвором. Электроды, между которыми протекает рабочий ток, носят название истока и стока. Третий электрод называется затвором.

3 МДП-Транзистор как элемент памяти Рассмотрим цепочку, состоящую из последовательно соединенного нагрузочного сопротивления и полевого транзистора с изолированным затвором. Рассмотрим цепочку, состоящую из последовательно соединенного нагрузочного сопротивления и полевого транзистора с изолированным затвором. Если в такой схеме МДП- транзистор открыт, сопротивление его канала составляет десятки или сотни Oм, все напряжение питания падает на нагрузочном сопротивлении RН и выходное напряжение Uвых близко к нулю. Если в такой схеме МДП- транзистор открыт, сопротивление его канала составляет десятки или сотни Oм, все напряжение питания падает на нагрузочном сопротивлении RН и выходное напряжение Uвых близко к нулю. Если МДП-транзистор при таком соединении закрыт, сопротивление между областями истока и стока велико, всё напряжение питания падает на транзисторе и выходное напряжение Uвых близко к напряжению питания Uпит. На основе системы резистор – МДП- транзистор легко реализуется элементарная логическая ячейка с двумя значениями: ноль и единица. Если МДП-транзистор при таком соединении закрыт, сопротивление между областями истока и стока велико, всё напряжение питания падает на транзисторе и выходное напряжение Uвых близко к напряжению питания Uпит. На основе системы резистор – МДП- транзистор легко реализуется элементарная логическая ячейка с двумя значениями: ноль и единица. МДП транзистор в качестве элемента запоминающего устройства а) открытое состояние; б) закрытое состояние

4 МДП-Транзистор как элемент энергозависимой памяти. Одним из недостатков приведенной элементарной ячейки информации является необходимость подведения на всё время хранения информации напряжения к затворному электроду. При отключении напряжения питания записанная информация теряется. Этого недостатка можно было бы избежать, если в качестве МДП-транзистора использовать такой транзистор, у которого регулируемым образом можно было бы менять пороговое напряжение VT. Одним из недостатков приведенной элементарной ячейки информации является необходимость подведения на всё время хранения информации напряжения к затворному электроду. При отключении напряжения питания записанная информация теряется. Этого недостатка можно было бы избежать, если в качестве МДП-транзистора использовать такой транзистор, у которого регулируемым образом можно было бы менять пороговое напряжение VT. Величина порогового напряжения VT определяется уравнением: Величина порогового напряжения VT определяется уравнением:

5 Репрограммируемые полупроводниковые запоминающие устройства Как видно из этого уравнения, для изменения величины порогового напряжения VT необходимо: Как видно из этого уравнения, для изменения величины порогового напряжения VT необходимо: а) изменить легирование подложки; а) изменить легирование подложки; б) изменить плотность поверхностных состояний Nss; б) изменить плотность поверхностных состояний Nss; в) изменить встроенный в диэлектрик заряд Qох; в) изменить встроенный в диэлектрик заряд Qох; г) изменить напряжение смещения канал подложка VSS. г) изменить напряжение смещения канал подложка VSS. Поскольку информацию в ячейку необходимо перезаписывать многократно, случаи а) и б) для этого оказываются непригодными. Случай г) не подходит вследствие того, что при отключении напряжения информация не сохраняется. Поскольку информацию в ячейку необходимо перезаписывать многократно, случаи а) и б) для этого оказываются непригодными. Случай г) не подходит вследствие того, что при отключении напряжения информация не сохраняется. Таким образом, для реализации энергонезависимого РПЗУ необходим МДП транзистор, в котором обратимым образом было бы возможно изменять пороговое напряжение VT за счет изменения встроенного в диэлектрик заряда Qох. Таким образом, для реализации энергонезависимого РПЗУ необходим МДП транзистор, в котором обратимым образом было бы возможно изменять пороговое напряжение VT за счет изменения встроенного в диэлектрик заряда Qох.

6 Конструкция МНОП-транзистор Наиболее распространенными РПЗУ, являются РПЗУ на основе полевых транзисторов со структурой металл – нитрид – окисел – полупроводник (МНОП транзисторы) Наиболее распространенными РПЗУ, являются РПЗУ на основе полевых транзисторов со структурой металл – нитрид – окисел – полупроводник (МНОП транзисторы) В МНОП ПТ в качестве подзатворного диэлектрика используется двухслойное покрытие. В качестве первого диэлектрика используется туннельно прозрачный слой двуокиси кремния. В качестве второго диэлектрика используется толстый слой нитрида кремния. Нитрид кремния Si3N4 имеет глубокие ловушки в запрещенной зоне и значение диэлектрической постоянной в два раза более высокое, чем диэлектрическая постоянная двуокиси кремния SiO2. Ширина запрещенной зоны нитрида Si3N4 меньше, чем ширина запрещенной зоны окисла SiO2.

7 МОП-Транзистор с плавающим затвором Полевой транзистор с плавающим затвором по принципу работы и устройству похож на МНОП транзистор. Только в транзисторах с плавающим затвором инжектированный заряд хранится на плавающем затворе, находящемся между первым и вторым подзатворными Полевой транзистор с плавающим затвором по принципу работы и устройству похож на МНОП транзистор. Только в транзисторах с плавающим затвором инжектированный заряд хранится на плавающем затворе, находящемся между первым и вторым подзатворными диэлектрическими слоями. В качестве материала для плавающего затвора используется поликристаллический кремний, легированный фосфором.

8 Полупроводниковое запоминающее устройство на сонове МДП- транзисторов на примере FLASH-памяти Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш- памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш- памяти хранить несколько бит информации. Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш- память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Итак, благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя в таких портативных устройствах. Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш- память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Итак, благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя в таких портативных устройствах.